新材料孟鴻課題組在共平面電極交流電致發(fā)光器件的研究中取得進(jìn)展
近日，新材料學(xué)院孟鴻課題組在國際知名期刊Advanced Materials上發(fā)表題為“Asymmetrically-Enhanced Coplanar-Electrode Electroluminescence for Information Encryption and Ultrahigh Stretchable Display”的研究論文(DOI: 10.1002/adma.202201342)。該研究基于簡單的阻抗串聯(lián)分壓原理設(shè)計(jì)了一種新型的非對稱增強(qiáng)的共平面電極 AC-EL器件，該非對稱結(jié)構(gòu)器件不僅保留了共平面電極結(jié)構(gòu)特性，同時(shí)解決了共平面電極器件驅(qū)動(dòng)電壓高和圖案化復(fù)雜/效果差等問題，極大的拓展了共平面電極AC-EL器件的應(yīng)用領(lǐng)域。
隨著光電子技術(shù)的飛速發(fā)展和人類對電致發(fā)光器件的多功能需求，電致發(fā)光器件正朝著多功能化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。一般的三明治交流電致發(fā)光器件將發(fā)光有源層夾在兩個(gè)電極之間，因此需要一個(gè)透明的電極來實(shí)現(xiàn)光的輸出。而基于ZnS:Cu熒光粉的共平面電極AC-EL器件于2017年首次由我們課題組提出(Advanced Materials 2017, 29, 1703552)。該器件結(jié)構(gòu)由三部分所組成：底部為兩個(gè)等尺寸的共面電極，電極上為交流電發(fā)光有源層，頂部為橋電極?；诖斯财矫骐姌O結(jié)構(gòu)的AC-EL器件從橋電極輸出光，并不需要透明的導(dǎo)電體。橋電極可以是各種透明的低阻抗極性液體或固體。這些特性使得同時(shí)具有電致發(fā)光和可視化傳感的多功能器件成為可能，因此共平面電極交流電致發(fā)光在人機(jī)界面、全彩智能顯示、實(shí)時(shí)視覺傳感等動(dòng)態(tài)交互方面具有極大的應(yīng)用潛力。后續(xù)我們組基于此平面電極結(jié)構(gòu)，陸續(xù)設(shè)計(jì)了三相電驅(qū)動(dòng)的交流電致發(fā)光器件(Nature Communications, 2021,12, 54)，交流驅(qū)動(dòng)顏色可調(diào)有機(jī)發(fā)光三極管(Advanced Optical Materials, 2021, 2001655)，共平面電極交流量子點(diǎn)發(fā)光二極管(Applied Physics Letters, 2021,118, 041105)。然而共平面電極交流電致發(fā)光器件存在一些固有缺陷：一是驅(qū)動(dòng)電壓過高，一般為三明治結(jié)構(gòu)器件的兩倍；二是兩共平面電極的相互存在使得器件難以圖案化。這些問題極大的限制了共平面電極交流電致發(fā)光器件的應(yīng)用。
該工作基于簡單的串聯(lián)分壓原理設(shè)計(jì)了一種新型的非對稱增強(qiáng)的共平面電極交流電致發(fā)光器件。具體的，通過增加一側(cè)發(fā)光有源層的相對阻抗，使大部分電壓集中在其上，這將大大增加該側(cè)的亮度，可視為顯示端。同時(shí)，在我們控制器件的開啟或關(guān)閉的時(shí)候，另一側(cè)基本是相對較暗的，可視為背景端?；诖嗽O(shè)計(jì)可以解決器件驅(qū)動(dòng)電壓過高，圖案化/陣列化復(fù)雜或效果差的問題。進(jìn)一步表征了該器件的復(fù)雜圖案發(fā)光均勻性、亮度可調(diào)性、顏色可調(diào)性等基本顯示性能，其具有與傳統(tǒng)三明治結(jié)構(gòu)器件相媲美的顯示性能。同時(shí)整個(gè)單元也可以看作是一個(gè)單位像素，可設(shè)計(jì)成大規(guī)模陣列。在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)整厚度、成分、電壓和頻率，優(yōu)化了非對稱增強(qiáng)的共平面電極交流電致發(fā)光器件的對比度性能。更重要的是，該結(jié)構(gòu)同時(shí)保留了共平面電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可用于智能顯示和實(shí)時(shí)視覺傳感。
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基于這個(gè)非對稱增強(qiáng)的共平面電極結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了兩種具有廣闊前景的應(yīng)用。
一個(gè)是信息加密器件。加密的信息需要滿足以下兩個(gè)條件才能顯示：給器件施加交流電；將器件浸入極性液體中，例如自來水中。與普通的紫外加密相比，該加密裝置具有更新穎、更好的魯棒性、可編程性和簡易制備等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛運(yùn)用在軍事加密、商品防偽以及水下光通信等領(lǐng)域。
另一個(gè)超可拉伸電致發(fā)光顯示器件。我們進(jìn)行了各種可拉伸圖案和陣列顯示的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了可拉伸電致發(fā)光顯示領(lǐng)域最高的拉伸性能，其中可拉伸的七段式顯示器件在面積為原始狀態(tài)的7.5倍時(shí)仍然可以工作。更重要的是，與傳統(tǒng)的三明治超高可拉伸交流薄膜電致發(fā)光器件相比，非對稱增強(qiáng)的共平面電極交流電致發(fā)光器件由于發(fā)光層將共平面電極和凝膠相互隔離起來，具有非常優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。器件可以穩(wěn)定工作在高交流電頻率和高電壓下以實(shí)現(xiàn)高亮度和廣色域。
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該工作的第一作者和通訊作者單位均是北京大學(xué)深圳研究生院。新材料學(xué)院2019級碩士生楊標(biāo)為論文的第一作者，新材料學(xué)院孟鴻教授和張超紅研究員為該論文共同通訊作者。上述研究得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)，廣東省科學(xué)技術(shù)廳，深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)，深圳市發(fā)展改革委員會(huì)的基金支持。
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論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202201342
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